Biomimetic Non-ergodic Aging by Dynamic-to-covalent Transitions in Physical Hydrogels

材料科学 自愈水凝胶 共价键 遍历理论 纳米技术 智能材料 化学物理 高分子化学 有机化学 物理 数学分析 化学 数学
作者
Samya Sen,Changxin Dong,Andrea I. d’Aquino,Anthony C. Yu,Eric A. Appel
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (25): 32599-32610 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.4c03303
摘要

Hydrogels are soft materials engineered to suit a multitude of applications that exploit their tunable mechanochemical properties. Dynamic hydrogels employing noncovalent, physically cross-linked networks dominated by either enthalpic or entropic interactions enable unique rheological and stimuli-responsive characteristics. In contrast to enthalpy-driven interactions that soften with increasing temperature, entropic interactions result in largely temperature-independent mechanical properties. By engineering interfacial polymer-particle interactions, we can induce a dynamic-to-covalent transition in entropic hydrogels that leads to biomimetic non-ergodic aging in the microstructure without altering the network mesh size. This transition is tuned by varying temperature and formulation conditions such as pH, which allows for multivalent tunability in properties. These hydrogels can thus be designed to exhibit either temperature-independent metastable dynamic cross-linking or time-dependent stiffening based on formulation and storage conditions, all while maintaining structural features critical for controlling mass transport, akin to many biological tissues. Such robust materials with versatile and adaptable properties can be utilized in applications such as wildfire suppression, surgical adhesives, and depot-forming injectable drug delivery systems.
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